一切为了饮用水安全——如何让消毒副产物降到最低？

●楚文海

0 引言

饮用水短缺和污染仍然是21世纪的一项全球性挑战。据世界卫生组织报道，受污染的饮用水导致每年超过48.5万人死于腹泻，且到2025年，全球将有半数人口居住在水资源紧张的地区。为了维系饮用水安全，全球科技工作者和水务部门一直在探索和努力中。今天我们就透过消毒副产物的产生、应对来了解下为确保从水源地到水龙头全过程的饮用水安全，科技工作者和水厂付出了怎样的努力。

1 消毒过程中的副产物：消毒副产物

为了灭活饮用水中的病原体，化学氧化消毒技术于1898年首次应用到饮用水处理中，消毒也被誉为20世纪最重要的公共卫生发明之一。化学消毒剂通常体积小、不荷电、易穿过细胞壁；同时,它又是一种强氧化剂，能透过细胞膜，使蛋白质、RNA和DNA等物质释出，并影响多种酶系统，从而使病原微生物灭活。饮用水消毒技术的出现使全球数以亿计的人们可以获取到安全可靠的饮用水，显著降低了霍乱、伤寒、痢疾等水介传染病的发病率。

在常规水处理工艺中，大部分小分子中亲水性、与氯反应活性很高的有机物会残留在滤后水中。含氯消毒剂（如氯、氯胺）是目前水处理过程中使用最为普遍的消毒剂，在消毒环节中，消毒剂在灭活病原微生物的同时会与水中的有机物等前体物反应生成具有潜在健康风险的消毒副产物（disinfection by-products，DBPs）。

图1 消毒副产物的产生

因此，我们可以了解到饮用水的消毒是具有两面性的，消毒一方面灭活了致病微生物，保障了饮用水生物安全性，另一方面又生成了具有潜在健康风险的消毒副产物，增加了化学风险性。所以如何在灭活微生物与控制消毒副产物两者之间找到平衡点引起了水业科研人员们的广泛关注。

图2 消毒剂使用的两面性

2 消毒副产物的研究历程与种类

自1974年荷兰化学家Rook在氯消毒饮用水中首次识别出三氯甲烷以来，目前饮用水中被识别的消毒副产物已有900余种，饮用水中消毒副产物的研究历程如图3所示，主要涵盖了脂肪族含碳消毒副产物（C-DBPs）、脂肪族含氮消毒副产物（N-DBPs）、无机DBPs和芳香族DBPs等。其中，一些脂肪族DBPs（包括三卤甲烷、卤乙酸、卤乙醛、卤代醌、卤乙腈、卤代硝基甲烷等）在饮用水中具有较高的检出频率、浓度水平，在综合评估其潜在的毒性风险后，这些DBPs也成为了目前各地水司和科研院所主要关注和研究的重点。这些脂肪族DBPs往往具有相似的分子结构，即在α碳位上有一个取代基和在其他位点上各有一个卤素或氢原子，故也被称为CX3R型消毒副产物。

图3 饮用水中消毒副产物的控制方法

3 水厂对消毒副产物的控制方法

通常情况下，消毒是水厂处理工艺流程的最后一个环节，即消毒后的出水直接进入市政给水管网中，水厂对消毒副产物的控制往往是通过源头控制和过程控制这两个途径来实现的，末端控制则需要在用户端实现。

3.1 源头控制

消毒副产物源头控制主要是利用水厂常规工艺、强化常规工艺以及预处理和深度处理工艺来去除消毒副产物前体物。其中常规工艺（混凝-沉淀-过滤）对溶解性有机碳的去除率往往高于对溶解性有机氮的去除率，这意味着含氮消毒副产物的前体物相对更难被常规工艺所去除；而强化常规工艺可进一步改善常规工艺对有机前体物的处理效果。

同时，由于饮用水厂处理工艺在去除水中污染物的同时也会引入一些化学药剂或工程材料，包括混凝用高分子助凝剂、吸附用纳米材料以及离子交换树脂材料等。这些引入的药剂材料也可作为前体物在消毒工艺时与消毒剂反应，因此在保证厂内工艺运行效果、保障出水水质稳定达标的基础上，水厂应尽量减少化学药剂及材料的使用。

3.2 过程控制

消毒副产物过程控制主要是通过改变消毒方式、优化消毒工况等方式来减少消毒副产物的生成。为全面控制常规和新型消毒副产物，不同地区的水厂还根据实际水源水质特征和季节变化，综合考虑水厂工艺运行状况和管理模式，结合自来水厂出水中各类消毒副产物的实际浓度和毒性水平加以权衡，在过程段实现对消毒副产物的控制。

3 日常生活中消毒副产物的风险程度如何

饮用水中DBPs浓度异常超标的现象主要与水厂处理工艺流程的非正常运行和市政给水管网的老化等因素有关。如今，随着水厂运行管理自动化水平的提升、水处理工艺流程的升级改造、市政管网的更新和清洗，基本全面实现了从出厂水到龙头水DBPs浓度的稳定达标。

对于管网、二次供水等配套设施相对老旧的部分小区用户而言，为进一步提升水质，可以采用末端控制的方法实现用户端消毒副产物的去除，如采用在家庭或小区安装正规净水器的过滤法，但一定要注意及时更换滤芯。同时，烧开水的习惯也可以去除三卤甲烷等挥发性DBPs，减少DBPs带来的潜在健康风险。

图4 消毒副产物的综合调控技术

4 未来消毒副产物综合控制技术的发展与展望

在消毒副产物的控制层面，今后需更聚焦于水源保护和技术提升。一方面，水源保护是消毒副产物源头控制和饮用水水质全面长效提升的关键，为此，各地政府部门和水司需进一步健全生态补偿机制和修订水环境质量标准，以全面完善我国饮用水水源的管理和保护制度。另一方面，需加强科技攻关和关注技术提升，发展绿色低碳高效水处理技术以降低从源头到龙头全过程中化学药剂及工程材料的使用，例如开发高性能、抗污染、低能耗的物理分离技术，研发具备广谱性、低副产物和持续消毒能力的安全消毒技术，攻关基于新能源、新材料、新理念的饮用水清洁净化技术等。通过对水源保护和技术提升的聚焦，从而构建消毒副产物的厂前、厂内、厂后控制体系，以期实现消毒副产物的综合控制，进一步提升饮用水质和保障饮用水安全。